机器人的市场占领正在加速

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图2.37截至2018年机器人用户动态增长率在机械工程的不同领域中有无数的例子。机器人制造商正在投入大量精力将其机器人定位于汽车行业以外的其他行业。图2.38显示随着这些增长所包含的努力，机器人将出现新的分支。这意味着2018年，全球各地工作的机器人数量将超过200万台。这些数据表明，机器人必须在12年后停止运转报废。

自动化组件如机械手和机器人的显著增加可以用该行业制造商的销售量以及简单的机器人销量来说明。

为了说明与传统机械相比的重要变化，VDMA概述了传统机械行业与自动化技术的并行发展（图2.36）。

一个通用指数被用来反映传统机械的销售发展。机械工程行业是自动化组件的主要客户之一。VDMA不仅涵盖了自动化行业的机器人和机械手等组件，还涵盖了控制技术、传感器系统和驱动技术。该指数揭示了传统机械工程对比于机器人和自动化技术的销售趋势。图2.36表显示，自2006年以来自动化技术与传统机械工程之间的差别越来越大。

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图2.36　传统机械行业和机器人自动化行业的销售额（来源：VDMA50）

虽然机械工程也经常年复一年地扩大其总销售额，但很明显，传统的机械工程已经降低了其高的实际净产出比，更倾向于稳步增加控制或抓取技术。这就是自动化技术和机器人领域销售增长的原因。指数的差距在20世纪90年代更快地接近，到2000年，与机械工程相比，40个指数点的差异在7年内趋于平稳。

如果考虑前面章节中描述的自动化组件的技术发展，那么这些收益对于自动化技术来说并不意外。越来越多的强大组件使机器制造商能够帮助他们的客户开发具有各种控制单元、机械手和机器人的解决方案。因此，在其设备中引入机器人的机器制造商的数量正在稳步增加。

机械工程行业中机器人用户的增长预期在未来几年会更高（图2.37）。到2018年，在机器中使用机器人的机器制造商预计将增长13%，而机器制造商的平均增长率仅预计为4%。没有说明的是这些统计数据是否反映了希望从机器人制造商那里购买机器人作为完整设备的机器制造商，或者它们是否还涉及机器制造商自己的机器人内部开发。

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图2.37　截至2018年机器人用户动态增长率（来源：Quest TechnoMarketing51）

在机械工程的不同领域中有无数的例子。其原因首先是运动关节已经准备好集成控制技术，自主设计运动关节比以前更容易集成。此外，节省机器人控制系统作为控制柜中的单个组件提供了财务和空间优势。

在这方面，Quest杂志的统计数据反映了机器制造商实际净产出比率稳步下降的趋势。虽然1998年的实际净产出率仍然是49%，但目前已下降到38.8%的中位值50。Quest杂志表明该数字分布极其分散。一些公司的实际净产出比率超过60%，因此，该值不代表估值。每家公司都必须根据自己的市场、地点和产品范围优化其实际净产出比。当然，当集成来自其他制造商的合适组件时，可以实现更高的创新率。这有助于使功能得以实现，否则只有通过内部开发才能达到目的。根据Quest杂志的统计数据，机械工程在其中的占比可以低至20%。即使是这些公司也可以获得极高的利润，并通过自己的产品线作为独特的卖点获得自身的价值。除了电镀等工艺的整个生产过程的外包实现以外，这种低实际净产出比也是由于完整组件和组件的集成度提高。正因为如此，现代机器的性能水平一直在稳步上升，因为机械工程的开发能力因外部购买部件而增长。除了机器人之外，图像处理行业在过去20年中已经发展成为一个独立的经济部门，其组件现在已不仅仅用于工业应用。在过去几年中，它在汽车和电脑游戏机中的应用提供了重要的动力。该行业属于一群中小企业（SME）。

拥有多达50名工人的公司和图像处理部门占据了74%的份额。到目前为止，德国还没有一家拥有1 000多名员工的公司专门从事图像处理。对过去20年关键绩效指标的VDMA市场调查进行了比较，说明了图像处理技术在不同应用领域的应用速度：1995年该行业的销售额为190万欧元，到2014年达到2.3亿欧元。2014年，德国图像处理行业员工人数增加了7%，达到近8 600人；2014年出口数量增长59%。

这一变化说明了汽车行业已经出现多年的趋势：复杂和高度创新的商品不再具有高实际净产出比率。为了满足客户对高质量和恒定性能提升以及良好性价比的要求，必须从专业生产商处购买结构部件。其中，机器人作为生产设备中的集成组件发挥着更重要的作用。这清楚地反映了过去几年机械工程中低附加值比率的持续趋势并且有助于创造更快的创新步伐。

此外，机械工程客户面临着越来越大的压力，要求他们尽可能短周期地推出新的产品。这主要适用于电子行业，我们都记得商店出售“狂热电子产品”排的长队。在竞争推出类似产品之前，特别是在市场推出后的前几周，可以实现高销售价格和可靠的利润。后来再推出类似的产品，它们的成功则取决于价格。

如果这种趋势继续导致机器制造中的劳动分工日益增加，机器人和其他自动化组件将变得越来越重要，作为技术系统中搬运和内部物流任务的主要模块。随着移动机器人越来越多，使得机器人与之变得更加相关，因为它们更有可能被用于生产。机器人制造商正在投入大量精力将其机器人定位于汽车行业以外的其他行业。图2.38显示随着这些增长所包含的努力，机器人将出现新的分支。由于当今许多国家的机器人密度较低，因此可以预期机器人部署速度会进一步提高。

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图2.38　预估全球机器人数量（来源：IFR World Robotics 201553）

全球安装的机器人总数反映了安装基础上不断扩大的应用范围。2016—2018年，年增长率为12%。这意味着2018年，全球各地工作的机器人数量将超过200万台。这些数据表明，机器人必须在12年后停止运转报废。这意味着根据机器人的实际使用寿命，图形可能会失真。图像处理行业似乎呈现出持续发展的错觉。但是，仔细研究一年一度的情况后，事实并非如此。2010—2015年，观察到机器人数量大幅增加，当这些数据与2005—2010年的增长率相比时尤其如此。

如前所述，机器人统计数据很早就被收集起来，因为它们作为潜在的“工作岗位驱逐者”受到政治审查。统计数据最初是由一个政治组织——联合国（UN）收集的。欧洲经委会的统计数据后来被转移到国际机器人联合会（IFR）“世界机器人统计数据”，其中记录了在工业化国家工作的所有机器人。IFR/UNECE世界机器人统计数据后来才更改为IFR世界机器人统计数据。但是，从一开始，这些统计数据就被细分为不同的机器人类型。可以基于这些机器人类型得出关于使用特性的一些结论，它们有助于将机器人使用分为不同领域（图2.39）。

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图2.39　运动学设计及其对应的机械领域（来源： Fraunhofer IPA42）

图2.40表示根据当时可用的机器人类型，在1983年收集德国第一个统计数据时使用的机器人分类。其中，机器人主轴的可能运动是不同的（1～5）。有些设备也配备了平移轴，而其他设备只能旋转驱动。在这两种情况下都没有考虑手臂末端关节。

1983年的统计图2.40显示了德国使用的机器人类型的分布。据统计，德国全国共有134台机器人。那时，垂直关节臂装置（5）以40%的比例主导机器人市场。虽然这些型号对我们今天来说可能看起来很荒谬，但是为这样一个小规模的行业收集统计数据的事实清楚地表明了当时创新的机器人技术。

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图2.40　运动学设计及其对应的机械领域（来源：Fraunhofer IPA42）

目前，关节机器人在统计数字上也脱颖而出，因为它们现在拥有新的运动关节附加功能，并且各个关节臂设备不再具有很大的差异性。年度全球机器人销售数据显示全面增加。虽然仍处于早期阶段，笛卡儿机器人正在进行蓬勃的生产和安装，特别是在中国。甚至关节机器人也可以再次显示出相当大的收益。SCARA机器人（见第4章）主要用于电子工业中作为装配机器人，这种机器人类型在亚洲特别受欢迎。虽然这些运动关节设备以前只供小众供应商使用，但众所周知的批量生产商也在向市场推出这种机器人。

一开始，统计学家甚至花时间根据应用的角色对机器人进行分类。进行这些分类或区别当然并不容易，因为在搬运和装配等某些方面存在重叠。然而，某些趋势已经变得清晰。焊接作为汽车行业中机器人应用的经典之作正日益扩大，已经开始包括其他应用领域，如码垛或其他领域中的装配。随着更多分支领域的加入，未来将对机器人的设计和开发提出不同的要求。

例如，在空间中特定搬运路径通常不需要与焊接要求相同的精度等级。这意味着多样化将继续增加，机器人的变化将继续扩大。此外，专业化将开始出现特定的臂长比例，例如，设计用于加工机器的机器人。特殊环境要求，如洁净室或冷藏室，也将进一步扩大可用机器人的范围，有助于促进这些应用的集成。

汽车行业仍将继续成为机器人行业的推动力量。2014年，该领域的销售额再次显著上升（图2.41，图2.42）。电子生产和金属加工的销售额也出现了可观的增长。

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图2.41　不同运动学原理的机器人种类的全球销量（来源：IFR53）

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图2.42　按照机器人种类分类的销售数据（来源：IFR50）

随着机器人制造商为这个市场提供越来越强大的动力，塑料行业在未来几年肯定会获得重要的助力。此外，在注塑过程中生产的工件变得越来越复杂，用于成千上万个注塑机的简单上下料搬运解决方案通常不再足以应对加工任务。这些搬运解决方案可以由更灵活的设备代替，然后可以用于装配、检测或搬运活动。

食品行业的机器人单元数量仅略有增加。这一事实通常与食品中涉及的非常不同的生产领域有关。例如，单独生产烘焙食品的各种产品使得标准化机器人的任何使用都难以想象。机器人制造商认为为开发食品行业的专业设计是一个相当大的挑战。一些制造商仍未设法引入食品安全润滑脂设计，这会阻止机器人用于尚未包装的产品，即在严格卫生要求的领域。

早年成为主宰的机器人行业的企业家精神以及相应的大量机器人制造商在20世纪90年代末期已经衰落，只留下了来自美国、日本和欧洲的少数知名制造商。然而，自2010年年底以来，新供应商已加入亚洲市场。具有创新轻量级臂运动关节的新型机器人正在结合越来越多的应用，并由市场上的全新供应商进行交易。因此，近年来机器人技术供应商的市场变得越来越混乱。

此外，机器制造商正在为自己的机器生产一些运动关节。基于NC技术的控制系统供应商已经提供了用于控制机器人手臂的模块，这些模块可以由机器制造商进行转换。

这些运动关节不包括在统计数据中，因为它们不是由特别列为机器人制造商的公司提供的。在这方面，统计数据、安装基础和当前的销售数据都应被视为保守和低估的。

如果销售图表的图形在一个图表中组合用于所有类型的机器人，将获得当前和预计数字的令人印象深刻的图片。虽然中国经济增幅的下降已经计算在统计数据中，但这并未导致过去几年自动化组件的减少。相反，中国的经济正在提高其生产力，迫切需要自动化技术，这在中国的预期中得到了反映。

此外，中国投资者正在瞄准自动化领域的公司进行投资。

最初，当产品在美国发明和开发时，最大的工业机器人制造商可以在日本和欧洲找到。与此同时，ABB和KUKA公司也在中国开设了工厂，为当地市场生产和销售机器人。这并不包括越来越主导国内市场的中国制造商，特别是在更简单的笛卡儿机器人方面。

2000—2014年全球机器人销量及截至2018年的预估销量如图2.43所示。

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图2.43　2000—2014年全球机器人销量及截至2018年的预估销量数量（来源：IFR52）

为了说明机器人的市场渗透率，将安装的机器人数量与当前手动工作岗位的数量进行比较是有帮助的。2014年，业务部门报告的全球平均机器人密度为每10 000个工业工作岗位66台设备（图2.44）。在日本和德国等许多成熟的工业化国家，已经大大超过这一平均值，据报道，每10 000名工人匹配的机器人数量接近300台。相比之下，像中国这样拥有较高比例的从事生产的员工的国家则具有巨大的发展潜力。即使是美国，与德国相比，每1万名工人匹配的设备数量也只超过100台，尽管它已经超过了全球平均数值。

如果仅仅是在规模上，北美市场当然也提供同样广泛的销售空间。最重要的是，政策制定者已经认同恢复该地区的国内工业化的必要性。虽然美国的数据远远高于中国，但是每万名员工的机器人密度比仍需提高，特别是与日本和德国相比。

机器人只是更大解决方案的一部分，包括机械手、传感器和安全技术等外围设备，这突显了未来几年整个自动化技术领域的巨大潜力。虽然统计指标肯定存在问题和错误，但是指标始终显示机器人市场和自动化技术的发展。

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图2.44　生产行业每10 000名员工匹配的多用途工业机器人（所有类型）数量（ISIC rev.4：C）（来源：IFR World Robotics 201553）

机器人的市场占领正在加速

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